桩加内支撑支护结构技术在南昌富水砂层地质建筑基坑中的应用

■贺子瑛，李毅卉 ■.南昌轨道交通集团有限公司，江西 南昌 330000；.南昌大学科学技术学院，江西 南昌330000

1 工程概况

南昌市某基坑，为三层地下室，且地下室单层面积较大约1万m2，层高(5.2m+5.2m+4.9m)均较高，基坑平面尺寸约116.47m×117.3m(如图1所示)，地面绝对标高为23.0m，地下水位绝对标高为15.0m，地下室底板绝对标高为5.95m位于富水粗砂层中，核心筒底板绝对标高-0.8m位于强风化砂砾岩中(如图2所示)。

图1 原支护结构剖面图

图2 原止水帷幕方案

基坑开挖深度17.05m，核心筒坑中坑范围局部加深6.75m即开挖深度23.8m，加深段平面尺寸26.5m×23.18m，且基坑暴露时间长，地下水位高，因此对于基坑止水效果的要求极高。本基坑长度、宽度以及深度均为南昌之最，在以前南昌建筑工程基坑中未遇到过，无可遵循的设计和施工经验，本基坑支护原设计方案为桩锚式支护结构。

2 支护结构设计

(1)原设计。综合考虑项目基坑周边环境、基坑大小、开挖深度、工程地质与水文地质、本地区施工设备、施工技术和施工季节等综合条件，选定“土钉墙+排桩+旋喷桩止水帷幕+锚杆组合支护体系”(如图3、4所示)为本工程基坑支护结构类型。即：

图4 优化后止水帷幕方案

上部层素填土、层粉质粘土采用1∶1.25放坡开挖，坡面挂网喷射混凝土支护形式；下部采用排桩+旋喷桩止水帷幕+锚杆组合支护。

排桩：钻孔桩直径1.20米，桩间距1.50米，桩身混凝土强度等级为C30。

冠梁：在排桩顶部采用C25钢筋混凝土压顶冠梁拉结。

锚杆：基坑内侧在钻孔桩间中点位置设置3排锚杆。

腰梁：在锚杆位置设置双槽钢腰梁，腰梁采用二根［20a型槽钢。

旋喷桩止水帷幕：在钻孔桩之间采用二排φ900三重管高压旋喷桩截水，三重管旋喷桩与钻孔桩一起形成封闭的止水帷幕。高压旋喷桩止水帷幕直至强风化砂砾岩层表面。桩间土防护：采用C20喷射混凝土护面处理，厚约40～60mm。

基坑支护的排水系统：在基坑顶部适当位置用水泥砖砌筑排水沟，用以拦截地表水，坡顶排水沟经沉淀池与市政排水系统连通；基坑底部沿排桩周边用水泥砖砌筑排水沟，基坑底部各拐角点设置集水井，水量较大时，每隔30m或加密设集水井，用以排除基坑内积水。

(2)优化设计。基于基坑安全方面，一是根据高压旋喷桩试桩取芯效果显示，砂砾层与岩层交界面芯样不是很理想，该处的止水效果难以得到保证；且在前期支护排桩施工中发现，基坑东侧、南侧地下有已废弃的钢筋混凝土水闸等构筑物，西南角有混凝土排水管等，这些地下障碍物对高压旋喷桩的成桩有着极为不利的影响；二是基坑支护的预应力锚索锚固段位于粗砂、砾砂层(附近工程由于基坑较浅，锚杆或锚索的锚固段位于粘土层)，而砂层受动水压力影响，锚索的握裹力难以保证，一旦预应力锚索失效，后果不堪设想；此外，预应力锚索在砂层中的握裹力需通过试验验证，也将给施工工期带来不利影响。同时基于周边地块开发方面，一是由于预应力锚索设计长度达22m，而基坑边坡已靠近本地块红线，因此预应力锚索将侵入周边地块近20m，对周边待开发地块存在不利影响。二是预应力锚索对于临近在建项目的施工，存在不利影响。

基于以上原因，设计单位对原设计方案进行了优化，采用“土钉墙+排桩+(外排三轴深层水泥搅拌桩+内排高压旋喷桩)止水帷幕+内支撑(角撑)组合支护体系”。如图3、4所示。

同时，因支护方案由“土钉墙+排桩+旋喷桩止水帷幕+锚杆组合支护体系”优化为“土钉墙+排桩+(外排三轴深层水泥搅拌桩+内排高压旋喷桩)止水帷幕+内支撑(角撑)组合支护体系”，受力模型发生变化，且支护排桩已在施工，因此需对支护排桩进行验算。

(3)内支撑支护结构计算理论和主要计算结果

①计算模型。支护结构内力计算沿基坑周边取单位长度按弹性地基梁计算。按基坑开挖、回筑内部结构的施工过程进行内力计算。

开挖阶段计算时必须计入结构的先期位移值以及支撑的变形，按“先变形，后支撑”的原则进行结构分析计算。

②支护结构内力变形计算结果。

根据内力计算结果，经验算，桩锚式支护结构的排桩满足桩加内支撑支护结构受力要求。

③支护结构稳定性验算。根据理正软件计算结果，整体稳定安全系数K=2.617＞1.3，抗倾覆安全系数K=1.481＞1.2，同时也满足要求。

3 支护结构施工效果

图5 支护结构内力及变形包络图

(1)支护结构从2012年8月开始施工，2013年3月开始土方开挖，到2013年8月份基坑完成出正负零，正好是南昌雨季期间进行土方开挖施工，在基坑土方开挖施工过程中，为减小基坑工程施工对周围环境的影响，及时掌握基坑支护结构及周围环境的变形情况，做到信息化施工，以确保结构安全并满足环境保护要求，基坑施工时采取了监测技术。(2)在基坑土方开挖施工过程中，坡顶水平位移、桩顶水平位移、支护桩深层水平位移、土体深层水平位移、坑外地表沉降、周围建(构)筑物变形等均在可控范围内，确保了基坑及周边环境的安全。(3)在基坑土方开挖施工过程中，基坑内基本无水，基坑底板未出现管涌现象，边坡稳定的。

4 结语

南昌市正处于经济和城市建设快速发展期，为适应工程建设的需要，深基坑支护技术在不断发展，通过桩加内支撑支护结构技术成功应用案例，为今后南昌富水砂层地质条件下深基坑支护结构的发展和应用做进一步拓展：

(1)桩加内支撑支护结构方案的推广。目前南昌地区使用最多的深基坑支护方法是桩锚结构和土钉墙包括复合型土钉墙结构两种，土钉墙支护虽有经济、施工快捷等优点，但由于其控制位移相对较弱；而桩锚结构虽然控制位移较好，但造价较高，但预应力锚索的张拉力在富水砂层中难以保证；同时，这两种支护结构对周边开发地块影响较大，因此桩加内支撑支护结构在南昌富水砂层的建筑深基坑的应用是值得推广。

(2)监测技术和信息化施工技术的应用。建筑深基坑工程位于力学性质相当复杂的地层中，由于存在着“时空效应”，以及地下水、地面堆载等周边环境的作用，使得现阶段在基坑工程设计时，对结构内力计算以及结构和土体变形的预估与工程实际情况有较大的差异，并在相当程度上仍依靠经验。因此，在基坑施工过程中，只有采取监测技术和信息化施工对基坑围护结构、基坑周围的土体和相邻的建(构)筑物进行全面、系统的监测，才能对基坑工程的安全性和对周围环境的影响程度有全面动态的了解。通过监测及时发现安全隐患，在出现异常情况时及时反馈信息，并采取必要的工程应急措施，防止基坑事故发生，避免人身伤害和重大经济损失。

(3)基坑支护技术与环境的和谐。基坑支护设计时如何与周边环境和谐是基坑支护设计中存在的一个突出问题，由于基坑工程是临时工程，采用锚索支护技术将使得锚索突破项目的用地红线，伸入临近开发项目，影响临近地块项目的开发；同时采用锚索在南昌富水砂层中的握裹力难以保证，在施工过程中易造成周边环境的破坏。因此，桩加内支撑结构在南昌地区富水砂层建筑基坑的应用领域，可以做到基坑支护技术与环境的协调统一。

［1］刘国彬，王卫东.基坑工程手册［M］，北京：中国建筑工业出版社，2009.

［2］曾秀华.论深基坑工程信息化施工中的监测技术［J］.分析与检测，2008，7(91)：192-194.